Calculo de Tuberias

CALCULO DE TUBERIASSELECCIÓN DE TIPO DE TUBERIA

TUBERÍA DE SUPERCALENTADOR Y RECALENTADOR

*Las cifras que aparecen son los valores máximos tolerables de esfuerzo, de acuerdo con el “ASME Boiler and Pressure Vessel Code”, sec. I, Power Boilers,

Junio 30, 1970, suplemento.

Debido a la resistencia relativamente baja a punto cedente de estos materiales, estos valores más elevados de esfuerzo se determinaron a temperaturas en

que gobiernan las propiedades de tensión a corto plazo, para permitir el empleo de estas aleaciones cuando es aceptable una deformación ligeramente

mayor. Los valores de esfuerzo en este margen exceden al 62 ½ %, pero no exceden al 90% de la resistencia en el punto cedente a la temperatura. El

empleo de estos ocasiona cambios de dimensión debido a la tensión permanente. Estos valores de exceso no se recomiendan para uso en uniones con

rebordes empaquetados, u otras aplicaciones en que unas ligeras cantidades de distorsión puedan dar lugar a fugas o mal funcionamiento.

TUBERIA DE ACERO PARA TRANSPORTE DE LÍQUIDO

API-5L:

Tubería de línea bajo especificación API 5L / ISO 3183 en diámetros nominales desde 2” a 10”. Espesores de 0.154” a 0.375” niveles PS1 y PS2. En grados desde API 5LA hasta API 5L y X70/ISO 3183 (Desde L 210 hasta L 485); Extremos planos, servicio amargo y no amargo, en

longitudes de 20” y 42”.

ASTM-A53:

Tubos para la conducción de fluidos y gases, de uso frecuente en petroquímica, pesca, minería e industria en general.

La Tubería bajo esta especificación se suministra sin costura y soldada con acabado superficial negro y galvanizado en caliente en diámetros

desde 1/8 pulgadas (3.18mm) a 26 pulgadas (660.40mm).

Calculo de diámetro de la tubería de alimentación de combustible

Para el cálculo trabajaremos con las condiciones de presión normal, y temperatura promedio (44 bar y 25°C).

1.1 Cálculo Diámetro de tuberías:

a) Tubería de conexión con la red:

Asumiendo que utilizaremos ductos aéreos, donde la Velocidad máxima recomendada, será 20 m/s.Además de lo calculado en la monografía anterior, sabemos que por cada turbina de gas, para su régimen a plena carga, se necesitará un flujo másico de gas de:

mgas=1.708kg /s

Considerando una densidad de ρgas =0.65 kg/m3, tendremos los siguientes caudales correspondientes, tanto en atmosfera estándar (20°C, 1 atm), como para atmosfera normal (0°C, 1 atm):

Flujo Másico (kg/s)

Caudal (m3/s)

Caudal Normal (Nm3/s)

Caudal Estándar (Sm3/s)

1.708 2.628 2.3431 2.4718

Los cálculos a realizar se trabajarán con el caudal normal, pero en Nm3/hr:

N V gas=2.3431 N m3

s=8898.4959 N m3

h

La fórmula para calcular el diámetro, para el gas a alta presión, será:

∅ i=√ 365.35∗QV (P+1)

Donde: ϕi: mm

Q:Nm3/hr

V=m/s

P=kg/cm2

Para los valores de entrada, tendremos:

∅ i=√ 365.35∗8898.495920∗(44.852+1)

=59.5413mm=2.3441 → i= 3 ∅

Para la conexión a la troncal se utilizará una tubería de 3” de diámetro.

Basándonos en la norma ASME B.31.8 para “Sistema de tuberías para

distribución y transporte de gas” vemos que tendremos que usar tuberías de

acero ASTM A53 (tubería soldada sin costura).

CALCULO DE TUBERIAS EN EL CICLO DE VAPOR

1. Línea de tuberías de la salida de la caldera a la entrada de la turbina alta

En primer lugar se calculará el diámetro nominal para el vapor que sale de la caldera. Se conocen los datos del punto 6:

T 6=530 °CP6=13.1 MPa=1899,99PSI=142,85 kgcm2 m6=13.3 kg

s ρ6=38.87kg /m3

Entonces, del flujo másico de vapor y de la densidad:

Q= mρ= 13.3

38.87=0,3421 m3

s

Además, la velocidad recomendada para el flujo de vapor recomendado está en el rango: V recom= 10000 – 15000 pies/min.

Area=QV

=0,342176,2

=0,00449m2

Diametrointerior=√ 4∗Aπ

=√ 4∗0.00449π

=0,0756m=2.97 pulg

Por lo tanto, se selecciona una tubería comercial de 4 pulgadas de diámetro.

Además, Por lo que se selecciona como material al Tubería Croloy 18-8, grado

TP304H+ sin costura (S =13750 PSI= 1033.8 kg/cm2 para 538 °C)

Después, con la ecuación (3), calculamos el número de Schedule:

SN=1000∗1899.9913750

=138.18

Finalmente, según el código ASME se calculará el espesor mínimo de la tubería con la ecuación (4). Cabe resaltar que para el cálculo se usó un diámetro de 0,0889 metros de diámetro.

dt= 142,85∗8.892∗1033.8+0,8∗142,85

=0.582 cm=0,229 pulg

Por lo que seleccionamos una tubería de 4 pulgadas de diámetro SCH 160 con espesor de 0,531 pulgadas.

2. Línea de tuberías de la salida de turbina a la entrada del proceso coogenerativo.

En primer lugar se calculará el diámetro nominal para el vapor que sale de la turbina a la entrada del proceso coogenerativo. Se conocen los datos del punto 7:

T 7=110°CP7=0.1434 MPa=20.798 PSI=1.5637 kgcm2 m7=11.97 kg

s ρ7=0.8823 kg/m3


Q= mρ= 11.97

0.8823=13.56 m3

s


Area=QV

=13.5676,2

=0.178m2


=√ 4∗0.178π

=0,4761m=18.744 pulg


Además, Por lo que se selecciona como material al ACERO AL CARBONO A-53 Tubo forjado para usos generales soldado y sin costura Grado A (S = 12002 PSI= 844 kg/cm2 para 121 °C)


SN=1000∗20.79812002

=1.7329


dt= 1.5637∗50.82∗844+0,8∗1.5637

=0.047 cm=0,0185 pulg


20−2∗0.250=19.5 pulg>18.744 pulg »ok!

3. Línea de tuberías de extracción de la turbina a la entrada calentador cerrado.

Se conocen los datos del punto 13:

T 13=413.2 °CP13=6MPa=870.226 PSI=65.430 kgcm2m13=0.66 kg

s ρ13=20.54274 kg/m3


Q= mρ= 0.66

20.54274=0.0321 m3

s


Area=QV

=0.032176,2

=0.000421m2


=√ 4∗0.00449π

=0,0231m=0.912 pulg

Por lo tanto, se selecciona una tubería comercial de 1 ½ pulgadas de diámetro.

Además, Por lo que se selecciona como material al CROLOY 2 ¼ (ASME: SA213 – T22) sin costura (S = 7800 PSI= 586,46 kg/cm2 para 538 °C)


SN=1000∗870.2267800

=111.56


dt= 65.430∗3.812∗586.46+0,8∗65.430

=0.2034 cm=0,08 pulg

Por lo que seleccionamos una tubería de 1 ½ pulgadas de diámetro SCH 160 con espesor de 0,281pulgadas.

4. Línea de tuberías de extracción de la turbina a la entrada calentador abierto.

En primer lugar se calculará el diámetro nominal para el vapor que sale de la caldera. Se conocen los datos del punto 13:

T 16=151.9 °CP16=0.5 MPa=72.5188PSI=5.4525 kgcm2 m16=0.66 kg

s ρ16=2.686 kg/m3


Q= mρ= 0.66

2.686=0.2457 m3

s


Area=QV

=0.245730.48

=0.008061m2


=√ 4∗0.008061π

=0,10131m=3.9886 pulg




SN=1000∗72.518812002

=6.04


dt= 5.4525∗10.162∗844+0,8∗5.4525

=0.0327 cm=0,0128 pulg

Por lo que seleccionamos una tubería de 4 pulgadas de diámetro SCH 40 con espesor de 0,237pulgadas.

4.5−2∗0.237=4.026 pulg>3.9886 pulg »ok!

5. Línea de salida de la cogeneración a la bomba 1


T 8=110°CP8=0.1434 MPa=20.7984 PSI=1.56379 kgcm2 m8=11.97 kg

s

ρ8=943.48 kg /m3


Q= mρ= 11.97

943.48=0.012687 m3

s


Area=QV

=0.0126872.54

=0.00499m2


=√ 4∗0.00499π

=0,07974 m=3.1396 pulg




SN=1000∗20.798412002

=1.73


dt= 1.56379∗8.892∗844+0,8∗1.56379

=0.0082 cm=0,00324 pulg


4−2∗0.226=3.548 pulg>3.1396 pulg »ok !

6. Línea de salida de la bomba 1 a la entrada del calentador abierto


T 9=110.1°CP9=0.5MPa=72.51886 PSI=5.4525 kgcm2m9=11.97 kg

s

ρ9=951.0459 kg/m3


Q= mρ= 11.97

951.0459=0.012586 m3

s

Además, la velocidad recomendada para el flujo de agua recomendado está en el rango: V recom= 300 – 600 pies/min.

Area=QV

=0.0125863.048

=0.004129m2


=√ 4∗0.004129π

=0,07251m=2.85468 pulg




SN=1000∗72.5188612002

=6.04


dt= 5.4525∗7.622∗844+0,8∗5.4525

=0.02455 cm=0,00966 pulg


3.5−2∗0.216=3.068 pulg>2.85468 pulg »ok !

7. Línea de salida del calentador abierto a la bomba 2


T 10=151.9°CP10=0.5MPa=72.51886PSI=5.4525 kgcm2 m10=13.3 kg

s

ρ10=915.2899 kg/m3


Q= mρ= 13.3

915.2899=0.01453 m3

s


Area=QV

=0.014532.54

=0.00572083m2


=√ 4∗0.00572083π

=0,08534 m=3.36 pulg


Además, Por lo que se selecciona como material al CROLOY 2 ¼ (ASME: SA213 – T22) sin costura (S = 11000 PSI= 773,5 kg/cm2 para 510 °C).


SN=1000∗72.5188611000

=6.5926


dt= 5.4525∗10.162∗773.5+0,8∗5.4525

=0.0357 cm=0,014 pulg


4.5−2∗0.237=4.026 pulg>3.36 pulg »ok !

8. Línea de salida de la bomba 2 a la entrada del calentador cerrado


T 11=155 ° CP11=13.1MPa=1900PSI=142.85 kgcm2m11=13.3 kg

s ρ11=919.4557 kg /m3


Q= mρ= 13.3

919.4557=0.01446 m3

s


Area=QV

=0.014463.048

=0.004744 m2


=√ 4∗0.004744π

=0,0777m=3.06 pulg


Además, Por lo que se selecciona como material al Croloy 2 ¼, grado T22 sin costura (S = 13100 PSI= 985 kg/cm2 para 510 °C).


SN=1000∗190013100

=145.037

Finalmente, según el código ASME se calculará el espesor mínimo de la tubería con la ecuación (4). Cabe resaltar que para el cálculo se usó un diámetro de 0,0889metros de diámetro.

dt= 142.85∗8.892∗985+0,8∗142.85

=0.6093 cm=0,239 pulg


4−2∗0.318=3.364 pulg>3.06 pulg »ok !

9. Línea de salida del calentador cerrado a la trampa de vapor


T 15=151.9° CP15=0.5MPa=72.51885PSI=5.4525 kgcm2 m15=0.66 kg

s ρ15=5.025kg /m3


Q= mρ= 0.66

5.025=0.13134 m3

s


Area=QV

=0.1313430.48

=0.0043m2


=√ 4∗0.0043π

=0,074=2.9161 pulg




SN=1000∗72.5113100

=5.53


dt= 5.4525∗7.622∗985+0,8∗5.4525

=0.021 cm=0,008 pulg


3.5−2∗0.216=3.068 pulg>2.9161 pulg »ok !

10. Línea de salida de la trampa de vapor y calentador cerrado


T 14=275.6 °CP14=6 MPa=870.22PSI=65.43 kgcm2m14=0.66 kg

s ρ14=82.55798g /m3


Q= mρ= 0.66

5.025=0.00799 m3

s


Area=QV

=0.0079930.48

=0.0002622m2


=√ 4∗0.0002622π

=0,018=0.7194 pulg




SN=1000∗870.2213100

=66.42


dt= 65.43∗2.542∗985+0,8∗65.43

=0.0821 cm=0,03235 pulg


1.315−2∗0.133=1.049 pulg>0.7194 pulg »ok !

11. Línea de salida del calentador cerrado hacia la caldera


T 12=171.9° CP12=13.1MPa=1900 PSI=142.85 kgcm2m12=13.3 kg

s ρ12=903.1792 kg /m3


Q= mρ= 13.3

903.1792=0.01472 m3

s


Area=QV

=0.014722.54

=0.005797m2


=√ 4∗0.005797π

=0,08591=3.3825 pulg


Además, Por lo que se selecciona como material al ACERO AL CARBONO A-53 Tubo forjado para usos generales soldado y sin costura Grado B (S = 15002 PSI= 1055 kg/cm2 para 121 °C)


SN=1000∗190015002

=126.65


dt= 142.85∗10.162∗1055+0,8∗142.85

=0.6525cm=0,257 pulg


4.5−2∗0.531=3.438 pulg>3.3825 pulg »ok !

LINEA DE TUBERIA Diámetro

nominal (pulg)

Schedule Espesor de

pared (pulg)

Línea de tubería de la salida de la caldera hacia la T.V 4 160 0.531

Línea de salida de la T.V a la entrada del proceso

cogeneración

20 10 0.250

Línea de extracción de vapor a la entrada del calentado

cerrado

1 ½ 160 0.281

Línea de extracción de vapor a la entrada del calentador

abierto

4 40 0.237

Línea de retorno de la cogeneración a la bomba 1 3 ½ 40 0.226

Línea de salida de la bomba 1 a la entrada del calent.

abierto

3 40 0.216

Línea de salida del calentador abierto a la bomba 2 4 40 0.237

Línea de salida de la bomba 2 a la entrada del calent,

cerrado

3 ½ 80 0.318

Salida del calentador cerrado a la trampa de vapor 3 40 0.216

Línea de salida de la trampa de vapor al calentador cerrado 1 40 0.133

Salida del calentador cerrado a la caldera 4 160 0.531

TRATAMIENTO DE AGUA

a) Parámetros de diseño

Para el cálculo del volumen de resina, se obtuvo los datos del agua del rio

desaguadero1.

1

Tabla de dureza en el rio camana - Arequipa

Fuente: http://www.cepes.org.pe/

Flujo: 14004.483 gal/h

Dureza: 182.066ppm = 10.64 gr/gal (de la tabla)

Asume un uso de 8 horas diarias de funcionamiento:

VR= D∗T∗C

300000[ grpie3 ] (12)

Donde:

VR: Volumen de Resina [pie3]

T : Tiempo de trabajo del ablandador (8 Horas) [Hr]

D: Dureza total del agua [gr/gal]

C: Volumen de agua por ablandador [gal/hr]

Entonces, calculando se obtiene el volumen de resina:

VR=10.64∗8∗14004.483300000

=3.9735 pie3

Además, se calcula la capacidad del ablandador con la siguiente fórmula:

Ahora para calcular la capacidad del ablandador:

C . Abland .=3.9735∗300000=1192050 gr

Por lo que el agua que procesa será de:

V=11920501.48

=805439.1891gal deaguabombeada

También, es necesario calcular la masa de sal acumulada:

El volumen de la resina es 3.9735 pie3

1 pie3 Resina es 7 kg de sal

Humedad de la sal es 2%

La solución de ClNa: 23%

3.9735∗70,98

=28.3821kg desal

28.3821∗7723

=95.01847 kgdeagua=95.01847<(25.1012gal)

b) Dimensiones del ablandador

Asumiendo una relación entre la altura real vs el radio del ablandador de dos

(2), se obtiene:

Hr=3√K2∗VR

π(12)

Donde:

K: Relación Hr altura vs. Radio del ablandador

VR: Volumen de resinas

Hr: Altura de resina

Por lo tanto:

Hr=3√0.794∗3.972

π =0.739 pie=22.52 cm

Ahora el Radio del ablandador es 0.739/2=0.3695pie= 11.26cm

Altura de grava: Hs

Grava fina = 3” de altura

Grava mediana = 3” de altura

Grava gruesa = 3” de altura

Arena fina = 3” de altura

Por lo tanto la altura total de la grava: Hs= 1 pie

Hms = Espacio muerto en la parte superior = 1 ½ Hs = 1 ½ pie

Hmi = Espacio muerto en la parte inferior = ½ Hs = ½ pie

Adicionalmente se calcula la altura de los casquetes esféricos: Hc

Casco superior: Hcs = 1/3 R = 1/3*0.3695 = 0.123 pie

Casco inferior: Hci = 0.2463 pie

Finalmente, la altura total del ablandador será:

H = Hr + Hs + Hms + Hmi + Hcs + Hci

H = 1+ 1 + 1 ½ + ½ + 0.123 + 0.2463

H = 3.3693 pie = 1.026 m

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Calculo de Tuberias